Màquines de control numèric CNC

maquines i eines de control numèric CNC

Les màquines de control numèric estan ara presents en multitud d'indústries, i també en altres empreses com els tallers on es realitza mecanitzat de metall o altres materials. Amb aquest tipus de màquines es permet estalviar temps i poder realitzar mecanitzats en peces amb molta més precisió als mètodes manuals amb un altre tipus d'eines manejades pels operaris mitjançant volants, palanques, o amb les seves pròpies mans.

CNC vol dir Control numèric Computarizado o per computador

Aquest tipus de màquines va aconseguir millorar molt la qualitat de les peces aconseguides, Abaratir costos, augmentar la productivitat, i el que és més important, aconseguir major homogeneïtat entre les peces produïdes per aquests mètodes.

Introducció

Quan es fabriquen peces, En moltes ocasions es necessita que tinguin unes dimensions i forma específica, a més de necessitar una estructura, composició, resistència a esforços determinada, etc. La millor forma d'aconseguir fabricar aquestes peces amb les característiques tècniques necessàries és mitjançant l'anàlisi i disseny de totes les variables que influeixen en la qualitat de la peça per part d'un enginyer.

L'enginyer pot realitzar una sèrie de càlculs mitjançant ordinador per determinar com ha de ser la peça final perquè pugui complir la seva emprès. Però si, un cop obtingui aquestes dades, la peça no és fabricada amb exactitud, tot el seu treball podria veure compromès. Per exemple, es podria alterar la rigidesa estructural, la flexió, vibracions, etc. Perquè el treball es realitzi de la forma precisa, la solució són aquestes màquines de control numèric per a la mecanització, com podràs comprovar en els següents apartats.

https://www.youtube.com/watch?v=TRjm3FsApOg

Història

Des de principis de segle XX s'han vingut usant màquines impulsades per energia motriu en la indústria. Va ser un primer pas en la recerca constant de productivitat i eficiència. En aquesta època, tot i la mecanització, les màquines encara no havien desplaçat a la mà d'obra, que seguia sent molt important. Això feia que els costos de producció fossin grans, amb major lentitud, i menors guanys, qualitat i precisió obtinguda.

Les màquines de control tenen els seus orígens en els anys 40 i 50, Als Estats Units. Llavors, l'enginyer John T. Parsons va usar màquines existents en aquella època amb unes modificacions perquè se li poguessin passar els números mitjançant targetes perforades. D'aquesta manera, l'operari podria introduir aquestes targetes i que els motors poguessin realitzar els moviments exactes necessaris per a la mecanització de la peça. Això era molt millor que els anteriors sistemes d'actuació manual mitjançant palanques o volants que movien els operaris, però que podrien no ser prou precisos per a certes aplicacions.

aquella màquina de Parsons no era més que una fresadora amb tecnologia de vàlvules de buit que es podia programar mitjançant la càrrega de dades. Des de llavors, aquestes màquines de control numèric primitives van anar evolucionant fins a sistemes molt més precisos usant la tecnologia electrònica de control analògic i, més tard, digital.

Un gran pas va ser quan les vàlvules de buit es van reemplaçar per transistors, i després els circuits per xips. Això va produir un gran canvi en la indústria, i amb l'abaratiment dels microcontroladors (MCU), es va propiciar que les màquines tinguessin sistemes molt més intel·ligents i programables per a la mecanització.

Això faria que sorgissin les actuals màquines de control numèric computat o CNC (Control Numèric per Ordinador) en els anys 70, asseient les bases de les màquines CNC tal com les coneixem en l'actualitat. A poc a poc començaven aa ser cada vegada més barates i més fàcils de programar, fins a estendre per multitud de sectors industrials i tallers de tot tipus de mida.

En els anys 90 també es produiria un altre gran salt, quan es va introduir una tecnologia de control numèric obert. Això no només permetia un control mitjançant dades, sinó que a més permetia la personalització i incorporació de certs ajustos mitjançant la programació gràcies a interfícies gràfiques cada vegada més intuïtives.

Descobreix el que és la indústria 4.0 i com poden integrar aquest tipus de tecnologia.

màquines CNC

què és una màquina CNC

Els principis de funcionament de les màquines de control numèric o CNC són bastant simples. Quan es vol mecanitzar una peça es necessiten una sèrie d'eines: fresadores, serres, trepants, etc. Aquestes eines, en comptes de ser dirigides per una persona, ara es poden programar mitjançant sistemes de coordenades perquè puguin operar sobre la peça de forma precisa.

El seu funcionament és molt similar a el de les actuals impressores 3D, Ja que fan servir uns eixos per moure el capçal (de fet, les impressores 3D es poden entendre com un tipus especial de màquina CNC). Només que en comptes d'un capçal d'impressió, es poden fer servir multitud d'eines (torns, làser, rectificadora, raig d'aigua, electroerosió, premsa, eines de tall, perforació, soldador, braç robotitzat, ...). Quan rep les dades, es mouran usant desplaçaments longitudinals (eix X), transversals (eix Z) i verticals (eix I). Algunes també tenen eixos giratoris A, B i C.

A l'igual que les impressores 3D, per poder realitzar aquests moviments també es fan servir servomotors. Només es necessita el codi o programari adequat per programar els moviments d'aquests servomotors per aconseguir els magnífics resultats que tenen aquestes màquines.

A més dels motors, tota màquina de control numèric o CNC té uns elements essencials:

  • Dispositiu d'entrada: és el sistema que es fa servir per poder carregar o modificar les dades.
  • Unitat de control o microcontrolador: és el xip central que és capaç d'interpretar les dades introduïdes i gestionar el moviment dels servomotors perquè facin exactament el que diuen les dades aportades.
  • Eina: és el capçal que actua sobre la peça.
  • Sistema de subjecció / suport: on s'ancora la peça per realitzar el procés sense que es mogui. Aquests sistemes, depenent de el tipus de mecanitzat podrien tenir elements extra, com recordaràs, per exemple, de les màquines de tall per raig d'aigua que ja vam analitzar en un article previ. En aquest cas, es necessitava una estructura per recollir l'aigua i dissipar d'alguna manera l'enorme potència de l'raig d'aigua.
  • Sistema d'accionament i interfície: són els controls mitjançant els quals es pot operar o controlar la màquina. A més, la interfície també pot oferir informació o monitorització de el procés.

Avantatges i desavantatges d'una CNC

Com tot sistema, les màquines de control numèric tenen els seus avantatges i desavantatges. Evidentment, els seus avantatges són clarament superiors, i fan que malgrat els desavantatges valgui la pena usar aquest tipus de mecanitzat en la majoria dels casos.

atenent a els avantatges de les màquines CNC, cal destacar:

  • L'automatització permet controlar i dur a terme processos de fabricació sense esforç humà.
  • Augmenta la rapidesa i productivitat. El que permet reduir costos i augmentar el benefici de l'empresa.
  • Permet fabricar tot tipus de peces i realitzar multitud de processos des de la matèria primera fins a un producte ja acabat en alguns casos.
  • Es programen de forma fàcil, amb molta exactitud. Això millora la qualitat de peces i redueix els costos per peces defectuoses.
  • A l'ésser programables també presenten una gran adaptabilitat.
  • Com que no s'operen mitjançant personal, es redueixen els costos de manteniment per un ús inadequat de les eines.

Totes aquestes avantatges caldria sospesar en conjunt amb els seus desavantatges:

  • La reducció de la mà d'obra necessària (des del punt de vista de la desocupació).
  • Alt cost inicial d'aquestes màquines.
  • Especialització. Algunes d'aquestes màquines se centren en el fresat, el trepat, la soldadura, etc. Mentre que un operari podria fer diverses d'aquestes tasques si fos necessari. No obstant això, els moderns centres de mecanitzat no només fan servir una eina, sinó que poden tenir fins a 100 o més eines disponibles per utilitzar i que es canvien de forma automàtica per a realitzar multitud de funcions diferents.

Tipus de programació per a una CNC

torns i fresadores CNC

Les màquines CNC es poden programar mitjançant dos mètodes fonamentals:

  • Manual: La programació es fa introduint la informació que es desitja en un intèrpret d'ordres. Es fa mitjançant un codi alfanumèric, com el de la norma DIN 66024 i 66025.
  • Automàtica: En aquest cas es realitzen mitjançant un computador. Una persona haurà introduït una sèrie de dades per crear la peça en un programari i aquestes dades es tradueixen en instruccions per a la màquina CNC en un llenguatge anomenat APT. Després es tradueix a un llenguatge màquina (uns i zeros) que serà comprensible pel microcontrolador de la màquina CNC per realitzar la mecanització.

evidentment, en l'actualitat les que s'han imposat pels seus avantatges i facilitat d'ús són les automàtiques.

llenguatge APT

El llenguatge APT, mitjançant el qual es programen les màquines CNC, és un llenguatge d'alt nivell de programació que s'usa com a codi intermedi abans de ser traduït a un codi màquina perquè pugui ser interpretat per la màquina.

VA SER creat al MIT per Douglas T. Ross, I el van crear per al laboratori de servomecanismes el 1956. Actualment, s'ha transformat en un estàndard internacional per al control numèric d'aquest tipus de mecanitzat.

Es considera com el predecessor dels moderns CAM (Computer-Aided Manufacturing), I comparteix moltes similituds amb altres llenguatges de programació antics com FORTRAN. La seva tasca és la d'usar les dades dels programes per a manejar les màquines de control numèric amb ells.

És a dir, les ordres APT seran transformats mitjançant el programari en instruccions per carregar a la memòria de l'microcontrolador de la màquina CNC (com dades binàries) i aquest xip de control s'encarregarà de transformar-les en senyals elèctrics per poder controlar els servomotors i eines.

Les instruccions d'APT poden fer referència a multitud de controls sobre la màquina de control numèric. Per exemple:

  • Poden indicar la velocitat i activació de la claveguera (RPM).
  • Funcions auxiliars com la rotació, parada programada, si s'ha de canviar d'eina automàticament ...
  • La necessitat de refrigerant.
  • Els moviments en direccions (X, Y, Z i A, B, C).
  • Funcions preparatòries (temporització, trajectòria, cicles de repetició, ...).

Evidentment, els actuals sistemes possibiliten que els operaris no tinguin per què conèixer el llenguatge APT, sinó que el programari s'encarregarà de tot perquè el procés es realitzi de forma transparent. Els dissenyadors de les peces tan sols han de centrar-se en crear la peça que desitgen amb programes tipus CAD.

De l'DNC a les modernes interfícies

postprocessat i programacoion CNC
CREATOR: gd-jpeg v1.0 (using IJG JPEG v80), quality = 90

Finalment, has de saber alguna cosa sobre el terme DNC (Direct Numerical Control). Aquest sistema es fa servir per carregar al controlador les dades necessàries per a la mecanització. És a dir, és el mitjà pel qual el programat en el programari CAM, o mitjançant APT, es carrega a la màquina de control programat.

Bàsicament és un ordinador connectat a una xarxa en la qual hi ha una o diverses màquines CNC. Abans se solia utilitzar comunicacions sèrie tipus RS-232C o RS422, però les noves tecnologies de comunicació han millorat aquestes interfícies cap a les Ethernet, I fins i tot sense fils.

En alguns casos, aquest ordinador (que pot ser el mateix que es fa servir per al disseny), també emmagatzema el programa o instruccions que aniran alimentant la màquina CNC. El motiu és que alguns microcontroladors d'aquestes màquines tenen una memòria massa petita com per poder albergar el programa de mecanitzat sencer.

En els 80s, els equips usats per això eren estacions de treball de DEC, IBM, HP, Sun Microsystems, etc. A poc a poc han anat sent màquines més barates fins als actuals PCs x86. Minicomputadoras molt més barates i capaços d'executar la immensa quantitat de programari CAD / CAM existent.

Recentment, algunes interfícies gràfiques amb pantalles tàctils i computadores integrades en les pròpies màquines de control numèric fa que no siguin necessari altres equips computeritzats addicionals. Tot el necessari el té la pròpia màquina o permeten carregar el programa mitjançant un simple pendrive.